光接收機裝置和方法

2023-11-08 06:47:02 1

專利名稱：光接收機裝置和方法
技術領域：
本發明一般涉及光傳輸，並且尤其涉及用於接收移相鍵控(PSK)光信號的方法和裝置。
背景技術：
與其它調製格式相比，PSK調製的使用以及特別是差分移相鍵控(DPSK)的使用已經顯示出可以提供改善的性能。DPSK已經顯示出在傳統使用的開/關鍵控(OKK)調製格式上提供3-dB的增強的接收機靈敏度。所述改善的接收機靈敏度允許採用DSPK調製的系統在沒有信號再生的情況下傳輸較長的距離。
還發現，與其它調製格式相比，DPSK信號傳輸對窄帶光濾波更健壯。這種特徵使得DPSK調製成為用於光路由網絡的理想格式，所述網絡合併多個光分插復用器(OADM)或光交叉連接(OXC)。
為了充分利用移相鍵控(PSK)調製技術的優點，PSK光接收機典型地使用跟隨有平衡(balanced)光接收器的光延遲幹涉儀來構建。現有技術的教導建議，如果平衡接收機是完全振幅平衡的，則得到最佳的接收機性能。然而，對於合併了一個或多個光濾波器設備(例如OADMs或OXCs)的系統來說，會發現，對PSK信號的完全振幅平衡的接收的使用導致了降級的接收機性能。具體地，就PSK信號檢測時實現希望的誤碼率(BER)所要求的光信噪比而言，性能被降級。

發明內容
本發明提供了一種用於改善在採用窄帶光濾波的系統中傳輸的光PSK信號的接收的方法和裝置。通過在接收機處把光PSK信號轉換為兩個強度調製(intensity-modulated)的信號，並在所述兩個信號之間引入希望的振幅不平衡，從而實現改善的接收。通過有效地減輕由於窄帶光濾波造成的任何降級的接收機性能以及減小用於基本無差錯(error-free)的傳輸所要求的光信噪比，所述振幅不平衡的引入改善了窄帶濾波的PSK信號的接收機性能。


當結合附圖閱讀時可以更好地理解前面的概述和下面本發明的優選實施例的詳細描述。為了舉例說明本發明，目前優選的實施例在附圖中示出。然而，應當理解，本發明不限於所示的確切的布置和手段。
在附圖中圖1是可以根據本發明的實施例而被使用的接收機裝置的示意圖；圖2是包括根據本發明的一個實施例的接收機裝置的試驗性光傳輸系統的示意圖；圖3是示出通過零、一、二、和五個光分插復用器(OADMs)的傳輸之後載波抑制歸零差分移相鍵控(CSRZ-DPSK)信號的光譜的圖；圖4是示出達到約10-3的誤碼率(BER)所要求的OSNR(所要求的OSNR)相對於用於各種OADM級連的光電流不平衡的圖；和圖5是示出OSNR損失(penalty)相對於用於各種OADM級連的光電流不平衡的圖。
具體實施例方式
圖1是根據本發明的各方面的用來接收窄帶濾波的光PSK信號的光接收機裝置100的示意圖。如這裡所用的那樣，「窄帶濾波的」或「強濾波的(strongly fitered)」光信號是指承載例如B千兆比特/s的數據速率的信息的光信號，所述信號用大約B千兆赫茲(即，大約所述數據速率的一倍)帶寬的光濾波器而被光學濾波。作為特定的例子，具有40千兆赫茲帶寬的「窄帶」光濾波器將對承載40千兆比特/s的信息的CSRZ-DPSK光信號進行「強」濾波。
光接收機裝置100包括用來接收PSK信號的幹涉儀110。幹涉儀110優選地是在幹涉儀110的臂111A、111B之間提供大約一比特延遲的Mach-Zehnder延遲幹涉儀(MZDI)。幹涉儀110把輸入的PSK信號轉換成第一和第二光強度調製信號(例如，在MZDI的建構(constructive)和解構(destructive)輸出埠)。第一和第二光強度調製信號分別是從幹涉儀110在輸出埠110A和110B上輸出的。
兩個光電二極體115A、115B分別被耦合到幹涉儀110的輸出埠110A、110B。所述光電二極體115A、115B被用來差分地檢測第一和第二光強度調製信號，以及產生電強度調製信號(即產生表示第一和第二光強度調製信號的光電流)。所述光電二極體115A、115B優選地是相同的InP波導PIN光電二極體。
一個或多個振幅衰減器/增益單元120A、120B、120C、120D被用來控制或調節來自幹涉儀110的第一和第二光強度調製信號或者來自光電二極體115A、115B的第一和第二電強度調製信號中的至少一個的功率(即振幅)。衰減器/增益單元120A、120D例如可以是可變的光衰減器、可變的光增益設備、或任何能夠控制第一和/或第二光強度調製信號的功率的設備。衰減器/增益單元120B、120C例如可以是電可變的增益放大器、可變的電衰減器、或任何能夠控制第一和/或第二電強度調製信號的功率的設備。
衰減器/增益單元120A、120B、120C、120D優選地被用來在第一和第二光強度調製信號之間，和/或在第一和第二電強度調製信號之間引入振幅不平衡。應當理解，對於完全平衡的接收機，即在理想的PSK調製和寬的光濾波下產生相等振幅的第一和第二電強度調製信號的接收機，一旦接收的PSK信號經過窄帶濾波，「固有的」不平衡存在於第一和第二強度調製信號(光的或電的)之間。因此，根據本發明的各方面，在第一和第二強度調製信號(光的或電的)之間引入振幅不平衡包括向「平衡的」信號引入不平衡、和/或增加或修改任何「固有的」的(即存在的)不平衡以得到改善的(例如優選的)接收機性能。
本領域技術人員可以理解，振幅不平衡的引入包括改變第一和第二光強度調製信號、和/或第一和第二電強度調製信號的振幅比例。通過改變第一和第二電強度調製信號的振幅的比例，在由窄帶光濾波所影響的第一和第二電強度調製信號之間的光能量的固有分布以這樣的方式被改變形狀，即，接收機輸出信號(例如下面討論的接收機輸出信號160、280)變得更適合檢測。
全部的光電子的轉換因子可以分別由SA和SB給出。光電子轉換因子SA或SB被定義為光強度調製信號(例如在輸出110A處的)的光信號振幅和電強度調製信號(例如，如下面討論的那樣，在差分放大器150之前)的電信號振幅之間的比率。如上面討論的那樣，完全平衡的接收機具有SA＝SB的特徵。SA對應於延遲幹涉儀的建構輸出埠，和SB對應於解構埠。然後，在接收機設置中的任何不平衡可以使用接收機不平衡βA而被量化βA＝(SA-SB)/(SA+SB)，其中βA＝0對應於完全的平衡的情況。
差分線性放大器150等優選地被用來結合第一和第二電強度調製信號以產生代表接收到的PSK信號的接收機輸出信號160。
使用圖2中所示的試驗性傳輸系統200來測試本發明的各方面。包括串連的兩個LiNbO3Mach-Zehnder調製器(MZMs)發射機210被用來在1550.4nm處產生載波抑制歸零(CSRZ-DPSK)(即67％歸零DPSK信號)調製的單波長信道。第一調製器210A被21.30GHz的時鐘驅動，以及作為脈衝分割器(carver)以用來產生67％RZ的脈衝。通過在零點(null point)驅動第二調製器210B，對數據進行相位調製。
當在試驗測試中使用加強的前向糾錯(FEC)數據速率(其有7％的開銷，類似於標準的FEC)時，在所述試驗中FEC實際上不被執行。在發射機後使用100到50GHz的光交織器(interleaver)(IL)220(具有～44GHz的3-dB帶寬)以提供CSRZ-DPSK信號的預濾波。
再循環環230包括單個10-km範圍的SSMF光纖，緊隨其後的是提供全色散補償的斜率匹配色散補償模塊(DCM)235。所述再循環環230還包括具有背靠背連接的IL240A和解交織器(D-IL)240B的OADM 240，這仿真了一條通過OADM節點的嚴格濾波的路徑。
在系統的接收機側使用EDFA預放大器250，緊隨其後的是50到100GHz的D-IL 255。可調的色散補償器(TDC)(沒有示出)被用來使CSRZ-DPSK信號的淨色散約為零。
接收機257被耦合到再循環環230，並包括在兩個臂之間具有1-bit延遲(23.4ps)的MZDI 260、可變的光衰減器265A、265B和光前端(OFE)270。MZDI 260被用來在兩個輸出埠260A、260B把輸入的CSRZ-DPSK信號轉換成第一和第二光強度調製信號(根據鄰近比特之間的相位差)。本領域的技術人員可以理解，當在CSRZ-DPSK信號的鄰近比特之間沒有相位變化時，最大功率出現在一個輸出埠(即「建構」埠)，以及在鄰近比特內的相位以π不同時，最大功率出現在另一個埠(即「解構」埠)。
使用可變的光衰減器265A和265B來調節第一和第二光強度調製信號的光功率水平，以在第一和第二光強度調製信號之間引入希望的振幅不平衡。
包括跟隨有差分線性放大器275的兩個相同的InP波導PIN光電二極體270A、270B的OFE 270被用來檢測第一和第二光強度調製信號和產生接收機輸出信號280。
在光電二極體270A、270B處的平均光電流被監測。然後使用商業的電解復用器290把接收機輸出信號280從42Gb/s解復用到10Gb/s，和測量BER。在環操作中，測量的BER是四個10.7Gb/s支路上的平均值。
圖3示出了經過零、一、二、和五個OADMs之後的CSRZ-DPSK信號的光譜，其舉例說明了由於濾波器級連而變窄的光譜。在圖2的試驗性傳輸系統200中使用的交織器240A、240B是標準的商業上可用的10-Gb/s交織器和3-dB和20-dB帶寬分別是～44GHz和62GHz的三階高斯濾波器。
在被強濾波的CSRZ-DPSK上的振幅不平衡的影響被研究，關於達到10-3的目標BER(即，無差錯操作的門限(使用增強的FEC的校正的BER是10-6或更好))所要求的光信噪比(OSNR)來評估圖2的試驗傳輸系統200的性能。
通過使用在OFE270之前的衰減器256A、256B調節信號的光功率，輸入到OFE270中的第一和第二光強度調製信號之間的振幅不平衡被引入。可以關於在時間平均的光電二極體電流內的不平衡(βI)來定義在OFE270處的振幅不平衡βI＝(Icons-Ides)/(Icons+Ides)，其中Icons和Ides是由來自光電二極體270A、270B的第一和第二電強度調製信號產生的平均光電流。對於Icons＝Ides，βI＝0和光電流平衡的檢測被完成。本領域的技術人員可以理解，正的(負的)βI對應於來自建構(解構)埠的加重的信號。根據上面的教導，可以理解，加重信號可以由於窄帶光濾波而自然地發生，也可以由於改變口A而故意地發生。對於βI＝+1(βI＝-1)，建構(解構)埠的單端的檢測被實現。
通過藉助於在預放大器250之前載入ASE噪聲來降級接收到的OSNR直到測量的BER降級到10-3，可以得到所要求的OSNR(OSNRReq)(即，接收到的CSRZ-DPSK信號的總信號功率除以在0.1nm帶寬內所測量的放大自發發射(ASE)的比率)。圖4示出了作為多次通過所述OADM240的光電流不平衡(βI)的函數的CSRZ-DPSK信號的OSNRReq。「無濾波器」曲線對應於當在發射機或接收機處沒有交織器時的情況(有時被稱為「背靠背」的情況)。「無濾波器」曲線表示了在最小光濾波下可得到的性能，其中所述OSNRReq對於正的和負的βI緩慢的增長。「無OADM」曲線對應於當包括在發射機210和接收機257處的交織器222、255時的情況。隨著OADM節點的數目增加，當接收機257被平衡時OSNRReq快速地增長。性能甚至還對於負的βI降級。正的βI導致了顯著改善的接收機性能。所述改善在圖4中插入的電眼圖中也是明顯的。
在10-3BER處的OSNR損失被定義為通過完全平衡檢測的背靠背濾波(無濾波器)OSNRReq後的OSNRReq。圖5中示出了所述OSNR損失為光電流不平衡(βI)的函數，並且所述OSNR損失對於正的βI值被有效地最小化。對於+0.55的不平衡βI，相對於通過平衡檢測(βI＝0)的13dB，經過四個OADM節點後，在10-3的BER處的OSNR損失是3.2dB。從圖5中可以看出，隨著OADM級連的數目增長，OSNR損失對於負的βI快速地增長。同樣地，隨著由於緊(tight)濾波而造成的失真增加，接收機257的性能對任何不平衡變得更敏感(相比未濾波的情況)。
本領域的技術人員應當理解，這裡披露的方法和裝置可以被用於有益地使用平衡檢測來解碼的各種其它調製格式，包括但不限於DPSK、CSRZ-DPSK、差分正交PSK(DQPSK)、移頻鍵控(FSK)、極化移位鍵控(PolSK)、最小頻移鍵控(MSK)等。
本領域的技術人員應當理解，可以對上面描述的實施例進行修改，而不脫離其廣泛的發明思想。因此，應當理解，本發明不限於所披露的特定的實施例，而是意欲覆蓋由所附權利要求所定義的本發明的精神和範圍內的修改。
權利要求
1.一種用於接收窄帶濾波的光移相鍵控(PSK)信號的方法，包括在接收機處把PSK信號轉換成第一強度調製信號和第二強度調製信號；和在所述第一和第二強度調製信號之間引入希望的振幅不平衡，以改善接收機性能。
2.根據權利要求1所述的方法，其中引入所述希望的振幅不平衡的步驟基本上減輕了由於窄帶光濾波所造成的任何降級的接收機性能。
3.根據權利要求1所述的方法，其中引入所述希望的振幅不平衡的步驟基本上減小了用於基本無差錯的傳輸所要求的PSK信號的光信噪比。
4.根據權利要求1所述的方法，其中使用光衰減器和光增益單元中的至少一個來執行引入所述希望的振幅不平衡的步驟。
5.一種用於接收窄帶濾波的光移相鍵控(PSK)信號的方法，包括在接收機處把PSK信號轉換成第一光強度調製信號和第二光強度調製信號；使用多個光電二極體來檢測所述第一和第二光強度調製信號，以產生第一電強度調製信號和第二電強度調製信號；和在第一和第二電強度調製信號之間引入希望的振幅不平衡，以改善接收機性能。
6.根據權利要求5所述的方法，其中引入所述希望的振幅不平衡的步驟基本上減輕了由於窄帶光濾波所造成的任何降級的接收機性能。
7.根據權利要求5所述的方法，其中引入所述希望的振幅不平衡的步驟基本上減小了基本無差錯的傳輸所要求的PSK信號的光信噪比。
8.根據權利要求5所述的方法，其中使用電衰減器和電增益單元中的至少一個來執行引入所述希望的振幅不平衡的步驟。
9.一種光接收機裝置，包括用於在接收機處把PSK信號轉換成第一強度調製信號和第二強度調製信號的裝置；和用於在所述第一和第二強度調製信號之間引入希望的振幅不平衡以基本上減輕由於窄帶光濾波所造成的任何降級的接收機性能的裝置。
全文摘要
用於接收窄帶濾波的光PSK信號的方法和裝置，包括在接收機處把PSK光信號轉換成強度調製的信號，以及在第一和第二強度調製的信號之間引入希望的振幅不平衡以改善接收機性能。
文檔編號H04J14/02GK1815931SQ200610002450
公開日2006年8月9日 申請日期2006年1月26日 優先權日2005年1月31日
發明者安佳利·阿加瓦爾, 安德列斯·本茲, 塞薩瑪德哈文·錢德拉塞克哈爾, 比德·J.·文澤爾 申請人:朗迅科技公司